GD32正交译码

GD32正交译码

这篇文章记录我之前用正交编码的过程，分享经验。
对了，以下我是站在程序员(或者说是工程师)的角度，或者说是应用者的角度来看所有的问题，重点在于把这项功能用出来，而不是去深究原理(当然，搞清一些原理才可以更好地实现我们的目的)。

增量式编码器

先说一下这个编码器输出的ab相信号是这怎么回事吧，我之前一直没有搞懂，直到看了别人画的板子才算是明白了。不感兴趣的可以跳过这段。
首先我们知道增量式编码器是输出ab相的，那么有两个问题,
1. ab相的相位差是怎么来的
2. 如何利用ab相的相位差来判断电机旋转方向呢
先来看第一个问题：
下面我说明的是磁编码器，其实光编码器大同小异。
我们知道一个磁铁，当NS极经过霍尔传感器的时候，霍尔传感器会输出一段信号，(至于原理，就涉及到关于磁场的物理知识了，我有点不太记得了，你有余力的话可以去了解，但还是那句话，站在工程师的角度，你更应该先关注你手上有什么，可以去用它去做什么。就像你写代码的时候，调用了库，你会去深究底层实现吗，也许有一些会，但如果对于每个库都去这么做，是不可能的。)，这段信号就是我们说的脉冲，如果你只有一个NS，一个霍尔传感器，那么转一圈，你就只有一个脉冲，也就是常说的编码器线数为1。
ab相，意思就是你要有两个霍尔传感器，只要摆放角度合理，你就可以得到有相位差的信号，如果是绝对正交的话，相位差应该刚好是T/4。但是这个角度并不是霍尔传感器的物理摆放角度，看下面这个示意图：
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-6BnQhoMV-1651042086546)(/磁盘示意图.jpg)]

我这有一个磁盘，上面有8对NS，也就是一圈有8线。从黑线开始，信号的t为0，那么码盘上就有8个t为0的点，周期为T，a霍尔如果放在黑线上，为了让相位差有T/4,那么b霍尔就可以放在如图中的任一红线位置，这样就可以让相位差为T/4。
看到这里你应该就大概明白这个角度是怎么来的。（不得不感慨现代工艺的强大，我这还只是8线的，如果线数上去了，这个角度的要求更高，另外，光编码器的精细程度更是有过之而无不及的。)

gd32正交编码

解决第二个问题：
从上面我们知道，ab相信号，在一个电机往一个方向旋转时，一个领先(假设a），而改变方向后，另一个(b)会领先。
有了这个区别，相信你心中就大概有了区别方向的方案，无非不是说，a领先就正转，b领先就反转。但你细想一下又会比较麻烦，假设你没有用上gd32正交译码功能的情况下，你会怎么做呢？
没有正交译码的功能，那么我们能用的只有普通的定时器，通过中断函数和维护一些变量貌似很难做判断ab谁先来这个事，甚至可能还需要计时，挺麻烦的。
那么就需要用到正交译码的功能，我用的是GD32F305VE的芯片。
我这款的资源是只有高级定时器才有正交译码的功能，也就是定时器1和7。
由于一些的原因，我就不能和你展示源码了，这里简单给你手写一下：

最重要的配置就是：
timer_quadrature_decoder_mode_config(timer->timer_x, TIMER_ENCODER_MODE2, TIMER_IC_POLARITY_FALLING, TIMER_IC_POLARITY_RISING);
timer_slave_mode_select(timer->timer_x, TIMER_ENCODER_MODE2);
这是gd32库函数里的，你只要调用一下这个，就算是打开了正交编码的功能，其他的timer配置，相信你是知道的

还有几个注意的点：
1.高级定时器和普通定时器不同，他的中断函数名是这样的：void TIMER7_UP_TIMER12_IRQHandler(void)，包括他的中断number是这样的TIMER7_UP_TIMER12_IRQn（这个你需要去看你用的是哪种类型的30x，可以到gd32f30x.h下去看），这里我相当于是告诉你有这个要注意的点，剩下的要靠你自己了。中断函数名你需要去链接脚本里看，小技巧是：你打开一个工程，通过全局搜索的方式去找，就可以定位到文件，然后再找你需要的东西
2.关于溢出处理，你只要在溢出的时候看计数器的方向，来加减65535即可
这个地方我细讲一下吧：
当你正确打开了正交译码之后，你通过读计数器的值，你会发现，电机正转的时候，值递增，反转的时候递减。如果你的timer_initpara.period = 65535，那么就是0到65535。想想看，我的是8*4=32线，算上齿轮的减速比的话，你的轮子没转几圈计数器就会溢出了。所以溢出你必须做处理:

1. 首先打开溢出中断，我说了高级定时器不一样，irq_num = TIMER7_UP_TIMER12_IRQn, 中断函数是TIMER7_UP_TIMER12_IRQHandler(void)，不一样在，普通定时器是全局中断共用一个函数接口和number，你需要在中断函数里判断是哪个中断标志被置位了，但是高级定时器不需要，你看它的名字都告诉你了它是UP中断，也就是更新事件中断，而更新事件我们只设置溢出事件，并且gd32f305vet6 没有定时器12，所以我这个中断函数进来就只可能是timer7的溢出中断了，溢出中断还需要设置timer_interrupt_enable(timer, TIMER_INT_UP)，这些应该都是你阅读芯片手册能知道的。
2.
设两个变量,current_cnt, last_cnt, 那么速度就是pulse_cnt_diff = current_cnt - last_cnt,方向直接体现在出来的结果是正还是负上了。
假设你现在反转电机，计数器是递减，那么会出现这个情况，last_cnt = 48, current_cnt = 65530, 这时候需要做溢出处理，你需要在溢出时设置一个标志位，一旦标志位满足，pulse_cnt_diff += 65535，对于正转 -= 65535。
而正传反转你可以通过读取(TIMER_CTL0(cfg->timer->timer_x) & 0x10) >> 4，这个是读寄存器的第4位的值，具体的去看芯片手册吧。
贴一下我的代码

static rt_int32_t pulse_encoder_get_count(struct rt_pulse_encoder_device *pulse_encoder) 
{
    const pulse_encoder_cfg_t *cfg = pulse_encoder->parent.user_data;
    if (cfg->if_using_quadrature_decoding) {
        int32_t pulse_cnt_diff = 0;
        int32_t *current_pulse_cnt = &cfg->param_ptr->pulse_encoder_cnt;
        int32_t *last_pulse_cnt = &cfg->param_ptr->last_pulse_encoder_cnt;
        
        *current_pulse_cnt = TIMER_CNT(cfg->timer->timer_x);
        pulse_cnt_diff = *current_pulse_cnt - *last_pulse_cnt;
        if (cfg->param_ptr->if_timer_overflowed) {
            //这个溢出标志位是你自己维护的，在中断函数里设置，在读取的时候清零
            cfg->param_ptr->if_timer_overflowed = RT_FALSE;
            uint8_t dir = (TIMER_CTL0(cfg->timer->timer_x) & 0x10) >> 4;
            if (dir) {
                pulse_cnt_diff -= 65535;
            } else {
                pulse_cnt_diff += 65535;
            }
        }
        *last_pulse_cnt = *current_pulse_cnt;
        return pulse_cnt_diff;
    } else {
        return cfg->param_ptr->pulse_encoder_cnt;
    }
}
在这里强力安利一波rt_thread操作系统，很好用。

到这里就差不多结束了，你有pulse_cnt_diff就可以接着算速度了。